JP3714267B2

JP3714267B2 - Vibration control tool

Info

Publication number: JP3714267B2
Application number: JP2002072504A
Authority: JP
Inventors: 秀史高橋; 陽一石川
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003062735A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削材の切削加工時に発生する振動を抑制し得る制振工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば鋼製アーバー等の工具本体に、スローアウェイチップが装着されたヘッド部を取り付け、工具本体を軸線回りに回転させつつ送りを与えることによって被削材を切削加工したり、ボーリングバー等の工具本体の先端にスローアウェイチップを装着して、軸線回りに回転させられる被削材を切削加工したりする。このとき、工作機械の把持部で工具本体の基端を片持ち支持して、スローアウェイチップの切刃で被削材を切削加工すると、把持部から切刃までの突き出し長さ等に由来する工具の固有振動と、切削抵抗等により工具に加わる振動とが共振してビビリ振動が発生する。このビビリ振動は、工具本体の直径Ｄに対する突き出し長さＬの比Ｌ／Ｄが大きくなるにつれてひどくなっていき、被削材の加工面の面粗さが悪化したり、ひどい場合には工具自体が損壊したりすることがあるので、Ｌ／Ｄが３〜４程度で限界値となり、例えば金型の深堀加工やボーリングバーによる中ぐり加工のようにＬ／Ｄを大きくしたい場合にとくに問題となっていた。
【０００３】
このような問題を解決するために、例えば、特開平１１−１９８３９号公報に開示されているように、工具本体の材質を高ヤング率材料で構成したもの、あるいは、特開平９−９４７０６号公報に開示されているように、工具本体の外周部に、その軸線方向に沿って超硬部材をロウ付け固定したものがある。
これらのような工具は、工具本体の剛性を高めることによって、工具本体の固有振動数を上げて共振を生じにくくすることが狙われているものであるが、Ｌ／Ｄが大きくなるにつれてビビリ振動が大きくなってしまうので、根本的な解決には至らない。
【０００４】
他の解決手段として、例えば、特開昭５９−１１０６号公報に開示されているように、工具本体の内部に中空部を設け、この中空部内に、リング状をなす２つの弾性部材によっておもり部材を弾性支持しつつ収納し、かつ、中空部の内壁面とおもり部材との間に形成された隙間を埋めるようにシリコーンオイル等の粘性流体を封入したものがある。
図８は、このような構成を転削工具に用いた例を示している。工具本体１００に発生するビビリ振動は、弾性部材１０１，１０１に弾性支持されるおもり部材１０２の振動を励起させ、次いで、おもり部材１０２の振動が、このおもり部材１０２の周囲に充填された粘性流体１０３に伝わり減衰されることで工具本体１００のビビリ振動が抑制されることになる。すなわち、この工具本体１００は、質量要素をなすおもり部材１０２と、バネ要素をなす弾性部材１０１，１０１と、減衰要素をなす粘性流体１０３とからなる動吸振器を備えていて、この動吸振器によって工具本体１００の振動を減衰させて吸収するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、動吸振器の減衰要素として用いられる粘性流体１０３は、熱による影響を受けやすく、その粘性が変化してしまうという欠点があり、切削時に発生する熱が粘性流体１０３に伝わってこの粘性流体１０３自体の温度が上昇すると、粘性が低下して減衰効果が低下し、ビビリ振動を抑制しきれないおそれがある。
しかも、このような粘性流体を工具本体の内部に密封してこぼれ出ないようにするための密封構造が必要になり、工具本体１００の構成が複雑にならざるを得ない。
さらに、おもり部材１０２が弾性部材１０１，１０１に支持された構成であるため、このような動吸振器を備える工具本体１００を転削工具として用いた場合には、工具本体１００の回転に伴いおもり部材１０２の偏心が生じてしまうので、回転速度を下げる必要が生じる必要があるなど、転削工具として用いるには不向きであるといった問題もある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、切削加工時の熱による影響を受けることなく簡易な構成でビビリ振動を抑制することができ、工具本体の直径Ｄに対する突き出し長さＬの比Ｌ／Ｄをより大きくとることのできる制振工具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、先端部に被削材を加工する加工手段が設けられる工具本体の内部に中空部が形成され、該中空部の内壁面におもり部材の一端が連結されるとともに、前記おもり部材の連結部分を除く他の部分と前記中空部の内壁面との間に隙間が設けられ、かつ、この隙間のうち前記おもり部材の一端を除く外周面と前記中空部の内周面との間に粘弾性体が充填されており、前記おもり部材と前記粘弾性体とによって動吸振器が構成されて、前記工具本体の振動を減衰させて吸収するようにしたことを特徴とする。
このような構成としたことにより、被削材の切削加工時に工具本体にビビリ振動が発生すると、動吸振器の質量要素及びバネ要素をなすおもり部材が、中空部の内壁面に連結された一端を固定端として工具本体の振動に対して略逆位相の振動を行う。このおもり部材の振動は、おもり部材と中空部の内壁面との隙間に充填された減衰要素をなす粘弾性体に伝わって減衰され、最終的にはおもり部材の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸することでビビリ振動が抑制される。
ここで、動吸振器における減衰要素として粘弾性体を用いたことにより、粘性流体よりも少量で高い減衰効果を得ることができ、かつ、切削時に発生する熱による影響を受けるおそれがなく、設計段階での減衰性能を安定して維持でき、しかも、粘弾性体を密封するための密封構造が必要とならず、簡易な構成の動吸振器を得ることができる。
また、おもり部材の一端が中空部の内壁面に連結されて、工具本体と一体構造とされているため、本発明を転削工具に適用したとしても、質量が偏心したままの状態となるおそれがない。
【０００８】
このとき、前記おもり部材の一端は、前記中空部の先端側あるいは基端側の内壁面に連結されていることを特徴とする。
ビビリ振動は、工具本体の軸線に直交する方向の振動が主たる振動であることから、おもり部材が中空部の先端側あるいは基端側の内壁面に連結されることにより、軸線に直交する方向に振動しやすくなり、制振効果を増大することができる。
【０００９】
さらに、このとき、前記おもり部材の前記内壁面に連結された一端と反対側の他端も前記内壁面に連結されていることを特徴とする。
このような構成とすると、おもり部材が両端で工具本体に固定されることになり、この両端を固定端として中央部が振動の腹となる振動を行う。この振動モードは、固定された一端が振動の節となり、自由端が振動の腹となる振動よりも高次の振動モードであり、高い振動数のビビリ振動に共振して高次のビビリ振動を効果的に抑制する。
【００１０】
また、前記おもり部材の一端は、前記中空部の先端側の内壁面に連結され、かつ、前記おもり部材の前記内壁面に連結された一端と反対側の他端には、該おもり部材の内部をくり抜くようにして穴部が形成されていることを特徴とする。
このような構成とすると、中空部の先端側の内壁面に連結されたおもり部材の一端と反対側の他端に、その内部がくり抜ぬかれるように穴部が形成されているため、おもり部材の重心が、工具本体の先端側、すなわち、ビビリ振動の振幅の大きい工具本体の先端側に寄ることになるので、ビビリ振動を抑制する効果を高くすることができる。
また、一方で、おもり部材に穴部を形成することにより、穴部が形成されない同じ質量のおもり部材と比較して、その外周面の表面積が大きくなることになり、粘弾性体を充填する隙間を十分に確保できるので、減衰効果が足りない場合には、粘弾性体をより多く充填することでこれに対応できる。
【００１１】
このとき、前記工具本体は、前記穴部内まで到達する軸部を有していて、前記粘弾性体が、少なくとも、前記軸部と前記穴部との間に設けられる隙間の一部に充填されていることを特徴とする。
ビビリ振動に共振して振動するおもり部材の振幅は、連結された一端から離れるにしたがい大きくなるので、このように、振幅の大きいおもり部材の他端に形成された穴部に減衰要素をなす粘弾性体が充填されていると、熱に変換させられるビビリ振動の振動エネルギーが多くなるので、少量の粘弾性体でも高い制振効果を得ることが可能となる。
【００１２】
また、前記中空部は、前記先端部から前記工具本体の軸線方向に延在するように形成されていることを特徴とする。
このような構成とすると、ビビリ振動の振幅が大きくなる工具の先端部に、おもり部材及び粘弾性体からなる動吸振器を備えていることになり、工具本体の先端部で制振力が効果的に働くようにして、ビビリ振動を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、前記おもり部材の一端は、小径の軸部をなしていることを特徴とする。
このような構成とすると、おもり部材の一端である小径の軸部でたわみを生じて、おもり部材の振動が励起されやすくなり、しかも、動吸振器における固有振動数の設定を容易、かつ、広いレンジで行うことができ、さまざまな固有振動数を有する工具本体に本発明を適用することが可能となる。
【００１４】
また、前記工具本体が、前記中空部よりも基端側で着脱自在に分割可能とされていることを特徴とする。
このような構成とすると、動吸振器が内蔵された工具本体の先端側部分を取り外し、工具本体の基端側部分に直接加工手段を取り付けることで、突き出し長さの短い工具として利用することができる。
【００１５】
また、前記おもり部材が、高密度材料で構成されていることを特徴とする。
このような構成とすると、おもり部材の質量を確保したまま、その大きさを小さくすることが可能となるので、これに伴い、工具本体に形成すべき中空部の大きさを小さくすることができ、工具本体の剛性を高く保つことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の第１実施形態による制振工具の一部破断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１７】
本第１実施形態による制振工具１０は、図１に示すように、例えば鋼からなり、その基端が工作機械の把持部に片持ち支持されて、軸線Ｏ回りに回転させられる略円柱状をなす工具本体１１と、ヘッド本体１２の先端外周に複数のスローアウェイチップ１３…が装着されたヘッド部１４（加工手段）とを主として構成される転削工具である。
ヘッド部１４は、図１に示すように、スローアウェイチップ１３…の切刃が制振工具１０の先端側及び外周側に突出するように、図示せぬ連結ねじによって、工具本体１１の先端部に軸線Ｏと同軸で着脱自在に取り付けられている。
【００１８】
このヘッド部１４が設けられる工具本体１１の先端部の内部には、この先端部から工具本体１１の軸線Ｏ方向に沿って延在するように略円柱状の中空部１５が形成されている。そして、中空部１５内には、工具本体１１と同じ鋼からなり、中空部１５の内径よりも小さい外径をもつ略円柱状のおもり部材１７が、中空部１５の内壁面１６と隙間を介して収納されており、かつ、おもり部材１７の軸線方向の一端１７Ａが、中空部１５の内壁面１６における先端側の内壁面１６Ａに連結されて、おもり部材１７が工具本体１１と一体構造となっている。なお、おもり部材１７は、その軸線が、工具本体１１の軸線Ｏと同軸となるように連結されている。
【００１９】
そして、おもり部材１７の内壁面１６Ａに連結される一端１７Ａの連結部分を除いた他の部分と、中空部１５の内壁面１６との間に形成される隙間の少なくとも一部に粘弾性体１８が充填されており、本実施形態においては、おもり部材１７と内壁面１６との間に形成された隙間すべてに粘弾性体１８が充填されている。
【００２０】
この粘弾性体１８の物性としては、ヤング率（速度５０ｍｍ／ｍｉｎ標準硬度品を使用）が１０００〔ｋＰａ〕以下、ＪＩＳＫ２２０７に規定される針入度（硬度）が２０〜３００〔１／１０ｍｍ〕、ＪＩＳＫ６２５１に規定される引張強度が１〜４０００〔ｋＰａ〕、ＪＩＳＫ６２５１に規定される伸びが５０〜８００〔％〕の範囲のものが適しており、より好ましくは、ヤング率が１００〔ｋＰａ〕以下、針入度が１００〜１８０〔１／１０ｍｍ〕、引張強度が１〜１００〔ｋＰａ〕、伸びが２００〜４００〔％〕の範囲のものが適している。そして、本実施形態においては、ヤング率が１３〔ｋＰａ〕、針入度が１５０〔１／１０ｍｍ〕、引張強度が３０〔ｋＰａ〕、伸びが３４０〔％〕である粘弾性体１８が用いられている。
【００２１】
ここで、中空部１５は、工具本体１１の先端から基端側に向けて軸線Ｏと同軸の穴が穿設され、かつ、粘弾性体１８が巻き付けられたおもり部材１７が取り付けられた基板１９を用いて、例えばネジ止めやロウ付け等によりこの穴を塞ぐことによって形成されるものである。したがって、工具本体１１は、おもり部材１７及び粘弾性体１８を内蔵した状態で単独に一体として取り扱えるようになっている。
このとき、基板１９のおもり部材１７に巻き付ける粘弾性体１８の厚みは、このおもり部材１７及び粘弾性体１８が中空部１５内に収納されたときに、おもり部材１７の外周面と中空部１５の内壁面１６との間に形成される隙間の厚みよりもわずかに大きくされている。すなわち、おもり部材１７及び粘弾性体１８が中空部１５内に収納されたときに、粘弾性体１８がわずかに圧縮されている状態となっている。
【００２２】
さらにまた、工具本体１１が、中空部１５よりも基端側に位置し、軸線Ｏに直交する分割面Ｐを境にして、中空部１５を含む先端側部分１１Ａと基端側部分１１Ｂとに分割可能かつ着脱自在となるように形成されている。先端側部分１１Ａの分割面Ｐには、軸線Ｏに直交する方向に断面方形のキー部ＰＡが形成されるとともに、基端側部分１１Ｂの分割面Ｐにはやはり軸線Ｏに直交する方向に上記キー部ＰＡが嵌合可能なキー溝ＰＢが形成されているものであり、先端側部分１１Ａは、キー部ＰＡをキー溝ＰＢに嵌合させた上で、例えば取付ボルトによって基端側部分１１Ｂに強固に一体化されている。
【００２３】
本第１実施形態による制振工具１０は、上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
ヘッド部１４が先端部に装着された工具本体１１は、その基端にて工作機械の把持部に片持ち支持される。ここで、おもり部材１７が工具本体１１に同軸で一体となるように片端固定されているため、工具本体１１を回転させても偏心したままの状態にはならず、切削加工時における制振工具１０の回転の際、安定した回転状態が維持される。
【００２４】
こうして、スローアウェイチップ１３…の切刃が被削材に向かって軸線Ｏ方向の先端側に向かう送りを与えられて切削加工を開始すると、切削抵抗により工具本体１１の軸線Ｏ方向に直交する方向にビビリ振動が発生してしまう。このとき、中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結されたおもり部材１７が共振して、その連結された一端１７Ａを固定端として軸線Ｏに直交する方向に、工具本体１１の振動と略逆位相の振動を開始する。
【００２５】
そうすると、おもり部材１７の振動は、おもり部材１７と中空部１５の内壁面１６との間に充填された粘弾性体１８に伝わって減衰させられ、最終的には、このビビリ振動のエネルギーを漸次熱エネルギーに変換して散逸することで、工具本体１１のビビリ振動が抑制される。
すなわち、本第１実施形態においては、制振工具１０がその工具本体１１の内部に、質量要素及びバネ要素をなすおもり部材１７と、減衰要素をなす粘弾性体１８とによって構成される動吸振器を備えていて、この動吸振器によりビビリ振動を減衰させて吸収するようにしたものである。
【００２６】
ここで、上記のような動吸振器の設計に際しては、以下の式を満たすように調整される。
動吸振器の固有振動数ω（おもり部材の固有振動数）については、
ω／Ω＝１／（１＋μ）
Ω：工具本体の固有振動数
μ：等価質量比（＝ｍ／Ｍ）
Ｍ：工具本体の等価質量
ｍ：動吸振器の等価質量（おもり部材の等価質量）
を満たすように設定され、
また、動吸振器の減衰係数Ｃについては、
Ｃ＝Ｃｃ×（３μ／（８（１＋μ）³））^1/2 （Ｃｃ＝２（ｍｋ）^1/2）
ｋ：動吸振器のバネ定数（おもり部材のバネ定数）
を満たすように設定される。
動吸振器における固有振動数ω及び減衰係数Ｃの調整は、おもり部材１７の大きさ及び形状を変化させたり、粘弾性体１８の量を変化させることにより調整でき、上記の式を満たすように設計された動吸振器によれば、すべての外力に対して振動を効果的に抑制する働きをもつことができる。
なお、粘弾性体１８の減衰係数Ｃを大きくして減衰効果を高めるために、粘弾性体１８の厚みを増やしていったとしても、ある程度で飽和してしまうことになるので、粘弾性体１８の減衰係数Ｃを大きくして減衰効果を高める場合には、おもり部材１７に接触する粘弾性体１８の面積を増やすようにしていけばよい。
【００２７】
本第１実施形態の制振工具１０によれば、おもり部材１７が工具本体１１のビビリ振動と略逆位相の振動を行うとともに、粘弾性体１８がその振動を減衰させて吸収するので、ビビリ振動を抑制することができる。それゆえ、工具本体１１の直径Ｄに対する突き出し長さＬの比Ｌ／Ｄを大きくとったとしても、加工面の面粗さの悪化や、工具本体１１の損壊が生じることがなく、例えば、Ｌ／Ｄがより大きく設定される金型の深堀加工などでも不具合を生じることがない。
【００２８】
また、このビビリ振動は、工具本体１１の先端側に向かうにしたがい振幅が大きくなり、かつ、工具本体１１の軸線Ｏに直交する方向での振動が主たる振動であるが、これに対して、工具本体１１の先端部の内部に中空部１５が形成されて動吸振器が内蔵され、しかも、おもり部材１７の一端１７Ａが中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに軸線Ｏと同軸に連結されて、軸線Ｏに直交する方向におもり部材１７が振動しやすくなっていることから、ビビリ振動の振幅の大きいヘッド部１４近傍（先端部）においてこのビビリ振動を効果的に抑制することができる。
【００２９】
そして、動吸振器における減衰要素として粘弾性体１８を用いたことにより、粘性流体よりも少量で高い減衰効果を得ることができ、かつ、切削加工時に発生する熱による影響を受けるおそれがないので、設計段階での動吸振器の減衰性能を安定して維持できることとなる。さらに、粘性流体を用いた場合のように、その酸化防止対策やこぼれ出ないようにするための密封構造が必要となることがなく、簡略な構成の制振工具１０を得ることができる。
【００３０】
また、おもり部材１７の一端１７Ａが中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに工具本体１１と同軸に連結されて、おもり部材１７と工具本体１１とが一体構造となっているので、転削工具とされた第１実施形態による制振工具１０を軸線Ｏ回りに回転させたとしても、その遠心力によっておもり部材１７が偏心したままの状態にはならず、安定した回転状態を維持することができる。
【００３１】
さらに、本第１実施形態においては、工具本体１１が、分割面Ｐにて、中空部１５を有する先端側部分１１Ａと、基端側部分１１Ｂとに分割可能とされていて、それらが着脱自在となっていることから、Ｌ／Ｄを大きくとる必要がない場合には、中空部１５を有する先端側部分１１Ａ、すなわち、動吸振器を備える先端側部分１１Ａを取り外した後、基端側部分１１Ｂに対してヘッド部１４を直接装着することによって対応できる。これにより、工具本体１１の基端を工作機械の把持部から取り外すことなく、突き出し長さを変更することが可能となる。
なお、このような場合には、Ｌ／Ｄが大きくならないので、ビビリ振動が生じることがなく、動吸振器が備わっていなくても問題とはならない。
【００３２】
次に、本発明の第２実施形態を説明するが、上述した第１実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図２は、本第２実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
第２実施形態による制振工具２０は、図２に示すように、おもり部材１７の一端１７Ａが、工具本体１１の軸線Ｏと同軸となる小径の軸部を呈しており、この小径の軸部を呈する一端１７Ａによって、おもり部材１７が中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結されているものである。なお、この制振工具２０では、粘弾性体１８が、おもり部材１７の一端１７Ａを除く円筒状の外周面と中空部１５の内壁面１６との間に充填されているが、動吸振器の設計に応じて充填される量を減らしたり、他の隙間に充填してもよい。
【００３３】
このような制振工具２０によれば、おもり部材１７の一端１７Ａである小径の軸部でたわみを生じやすく、おもり部材１７の振動が励起されやすくなる。しかも、動吸振器における固有振動数ω、すなわち、等価質量ｍ及びバネ定数ｋの設定が容易、かつ、広いレンジで行うことができるので、さまざまな固有振動数Ωを有する工具本体１１に対して、ビビリ振動を抑制する効果を確保できることとなる。
【００３４】
次に、本発明の第３実施形態による制振工具について説明するが、上述の第１及び第２実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図３は、本第３実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
第３実施形態による制振工具３０は、図３に示すように、おもり部材１７の一端１７Ａが小径の軸部を呈するとともに中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結固定され、かつ、上記一端１７Ａと反対側の他端１７Ｂも小径の軸部を呈するとともに中空部１５の基端側の内壁面１６Ｂに連結固定されるているものである。ここで、おもり部材１７の他端１７Ｂは、おもり部材１７及び粘弾性体１８が基板１９とともに中空部１５内に挿入される際、基端側の内壁面１６Ｂに設けられた支持穴１６Ｃに嵌合挿入されるようになっている。
【００３５】
このような制振工具３０によれば、おもり部材１７の両端１７Ａ，１７Ｂが小径の軸部で構成されているとともに、この両端１７Ａ，１７Ｂにて工具本体１１と一体に連結固定されているので、工具本体１１にビビリ振動が発生したときには、これら両端１７Ａ，１７Ｂを固定端として中央部が振動の腹となるようにおもり部材１７の振動が励起される。
ここで、おもり部材１７は、その両端１７Ａ，１７Ｂでたわみを生じやすくなっていて振動が励起されやすい。
さらに、おもり部材１７に励起される振動モードは、固定された一端が振動の節となり、自由端が振動の腹となる振動よりも高次の振動モードであり、高い振動数のビビリ振動に共振して高次のビビリ振動を効果的に抑制することが可能となる。
【００３６】
次に、本発明の第４実施形態による制振工具を説明するが、上述の第１乃至第３実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図４（ａ）は本第４実施形態による制振工具の一部破断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
第４実施形態による制振工具４０は、図４に示すように、第２実施形態による制振工具２０とほぼ同様の構成をなしているものであり、その相違点は、おもり部材１７における、中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結される一端１７Ａと反対側の他端１７Ｂに、その他端１７Ｂの内部がくり抜かれるようにして、略円柱状をなす中空の穴部１７Ｃが、工具本体１１の軸線Ｏと同軸に形成されていることである。なお、この制振工具４０では、粘弾性体１８が、おもり部材１７の一端１７Ａを除く円筒状の外周面と中空部１５の内壁面１６との間に充填されているが、動吸振器の設計に応じて充填される量を減らしたり、他の隙間に充填してもよい。
【００３７】
本第４実施形態の制振工具４０によれば、中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結されたおもり部材１７の一端１７Ａと反対側の他端１７Ｂに、その内部がくり抜ぬかれるように穴部１７Ｃが形成されているため、おもり部材１７の重心が、工具本体１１の先端側、すなわち、ビビリ振動の振幅の大きい工具本体１１の先端側に寄ることになるので、ビビリ振動を抑制する効果を高めることができる。
【００３８】
また、上述したように、粘弾性体１８の減衰係数Ｃを大きくして減衰効果を高めるためには、粘弾性体１８の厚みを大きくするのではなく、おもり部材１７に接触している粘弾性体１８の量を増やす方が効果的なので、本第４実施形態のように、おもり部材１７に穴部１７Ｃが形成されていると、おもり部材１７の円筒状の外周面の表面積を大きく確保できることとなり、これにより、動吸振器の減衰効果が足りない場合には、粘弾性体１８をより多く充填させておもり部材の１７の円筒状の外周面に接触する面積を多くすることで対応できる。
【００３９】
次に、本発明の第５実施形態による制振工具を説明するが、上述の第４実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図５は、本第５実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
第５実施形態による制振工具５０は、図５に示すように、工具本体１１が、その中空部１５の基端側の内壁面１６Ｂから、軸線Ｏと同軸に突出するとともに、おもり部材１７の他端１７Ｂに形成された穴部１７Ｃ内まで到達するような軸部１１Ｃを備えている。そして、少なくとも、この軸部１１Ｃと穴部１７Ｃとの間に設けられる隙間の一部に粘弾性体１８が備えられているものであり、本実施形態においては、この軸部１１Ｃの外周面と、穴部１７Ｃの内周面との間に設けられる隙間に粘弾性体１８が充填されている。
【００４０】
このような制振工具５０では、減衰要素をなす粘弾性体１８が、おもり部材１７の穴部１７Ｃ内にわずかに存在するのみである。しかしながら、ビビリ振動に共振して振動するおもり部材１７の振幅は、工具本体１１に連結された一端１７Ａから離れるにしたがい大きくなるので、振幅の大きいおもり部材１７の他端１７Ｂに形成された穴部１７Ｃ内に存在する粘弾性体１８は、その圧縮される割合が大きく、それゆえ、熱に変換させられるビビリ振動のエネルギーが多くなるので、本第５実施形態のように少量の粘弾性体１８でも十分な制振効果を得ることが可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第６実施形態による制振工具を説明するが、上述の第１乃至第５実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図６は、本第６実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
第６実施形態による制振工具６０は、図６に示すように、第２実施形態による制振工具２０とほぼ同様の構成をなしているものであり、その相違点は、おもり部材１７が、密度が７．９ｇ／ｃｍ³以上の高密度材料４１、例えば密度が１８ｇ／ｃｍ³程度とされるヘビーメタルによって構成されていることを特徴とする。
詳述すると、おもり部材１７が、鋼からなる小径の軸部４２の周囲に、ヘビーメタルからなる高密度材料４１を巻き付けたような構成をなすものであり、その小径の軸部４２で高密度材料４１が巻き付けられていない部分が、中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結される一端１７Ａとなる。
【００４２】
このような制振工具６０によれば、おもり部材１７をすべて鋼で構成した場合と同様の質量を、これより小さい体積で実現することができるので、工具本体１１に形成すべき中空部１５の体積を小さくすることが可能となり、これにより、工具本体１１の剛性を高く保って、よりビビリ振動を生じ難くすることができる。
なお、この第６実施形態においては、第２実施形態による制振工具２０におけるおもり部材１７を高密度材料で構成するようにしたが、例えば、第１、第３、第４、第５実施形態におけるおもり部材１７を高密度材料４１で構成するようにしてもよい。
【００４３】
以上、第１乃至第６実施形態においては、本発明を転削工具に用いた場合について説明したが、本発明の第７実施形態として、本発明を旋削工具に適用した場合を説明する。なお、上述の第１乃至第６実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図７は、本第７実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
【００４４】
第７実施形態による制振工具７０は、図７に示すように、例えば鋼からなり、その基端が工作機械の把持部に片持ち支持される略円柱状をなす工具本体５１と、ヘッド本体５２の先端角部にスローアウェイチップ５３が装着されたヘッド部５４（加工手段）とを主として構成される旋削工具である。
ヘッド部５４は、図７に示すように、スローアウェイチップ５３の切刃が制振工具７０の先端側に突出するように、図示せぬ連結ねじによって、工具本体５１の先端部に軸線Ｏと同軸で着脱自在に取り付けられている。
そして、このヘッド部５４が設けられる工具本体５１の先端部の内部には、上記第２実施形態と同様の構成をなすおもり部材１７及び粘弾性体１８からなる動吸振器が内蔵されているものである。
【００４５】
第７実施形態による制振工具７０は、上述の構成を備えており、回転する被削材に対してヘッド部５４に装着されたスローアウェイチップ５３の切刃で切込み切削を行うと、切削抵抗により工具本体５１の軸線Ｏ方向に直交する方向にビビリ振動が発生する。このとき、中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結固定されたおもり部材１７が共振して、その連結された一端１７Ａを固定端として軸線Ｏに直交する方向に、工具本体５１の振動と略逆位相の振動を開始する。
そうすると、おもり部材１７の振動は、粘弾性体１８に伝わって減衰させられ、最終的には、このビビリ振動のエネルギーを漸次熱エネルギーに変換して散逸することで、工具本体５１のビビリ振動が抑制される。
【００４６】
ところで、第１乃至第６実施形態のように、本発明を転削工具に適用した場合には、その工作機械の把持部から切刃までの突き出し長さが常に同じ長さで用いられるが、この第７実施形態のように、本発明を旋削工具に適用した場合には、工作機械への取付状態において、工作機械の把持部から切刃までの突き出し長さが変化させられる場合がある。そうすると、工具本体５１の固有振動数が変化し、設計段階に想定された動吸振器の減衰性能を発揮できないおそれが生じるので、第７実施形態においては、例えば、図７の波線で示すように、工具本体５１に予め、突き出し長さを規定する止め部材５５を装着するようにしている。このような止め部材５５を用いると、旋削工具とされる制振工具７０において、その突き出し長さが変化させられることがなく、これにより、工具本体５１の固有振動数も変化することがないので、設計した通りの性能を有する動吸振器を備えた制振工具７０を得ることができる。
【００４７】
ここで、旋削工具とされた第７実施形態の制振工具７０においても、上記第１，３，４，５，６実施形態のように、略円柱状をなすおもり部材１７を用いたり、おもり部材１７の両端を固定したり、おもり部材１７における中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結される一端１７Ａと反対側の他端１７Ｂの内部をくり抜いて穴部１７Ｃを形成した構造としたり、工具本体１１に軸部１１Ｃを形成して、軸部１１Ｃとおもり部材１７の穴部１７Ｃとの間の隙間に粘弾性体１８を充填したり、あるいは、おもり部材１７を高密度材料４１で構成したりしてもよいし、さらには、中空部１５よりも基端側の位置で工具本体１１を着脱自在に分割可能とする構成であってもよいことはもちろんである。
【００４８】
なお、以上の各実施形態においては、おもり部材１７の一端１７Ａが、中空部１５の先端側の内壁面１６Ａに連結される構成としたが、これに限定されることなく、おもり部材１７の一端１７Ａを、中空部１５の基端側の内壁面１６Ｂに連結してもよい。
また、加工手段における切刃は、スローアウェイ式に限定せず、ソリッド式、ロウ付けチップ等でもよい。また、ヘッド部を工具本体に着脱自在に設ける構成とせず、工具本体に切刃を設ける構成でも無論構わない。
【００４９】
さらに、以上の各実施形態では、工具本体の内部に、動吸振器を内蔵する構成としたが、ヘッド部に動吸振器を取り付け、ネジ止め、ろう付け等によって工具本体に固定する構成としてもよい。あるいはまた、動吸振器の収納されたカセット式の制振部を工具本体に交換自在に設ける構成としてもよい。
加えて、以上の各実施形態では、転削工具と旋削工具を例として示したが、動吸振器を内蔵することによって振動を抑制する構成は、被加工物の加工時に周期的な加振力が加わり振動を発生するような工具に対して全て適用できるものである。例えば、回転する研磨体を備えた研磨工具等にも有用であることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、被削材の切削加工時に工具本体にビビリ振動が発生すると、動吸振器の質量要素及びバネ要素をなすおもり部材が、工具本体の振動に対して略逆位相の振動を行い、そして、このおもり部材の振動が、減衰要素をなす粘弾性体に伝わって減衰され、最終的にはおもり部材の振動エネルギーを漸次熱エネルギーに変換して散逸することでビビリ振動が抑制されるので、Ｌ／Ｄが大きくなるような切削加工においても何ら不具合を生じることがない。
また、動吸振器における減衰要素として粘弾性体を用いたことにより、粘性流体よりも少量で高い減衰効果を得ることができ、かつ、切削時に発生する熱による影響を受けるおそれがないので、設計段階での減衰性能を安定して維持でき、しかも、粘弾性体を密封するための密封構造が必要とならず、簡易な構成の動吸振器を得ることができる。
さらに、おもり部材の一端が中空部の内壁面に連結された構造であるため、転削工具に適用したとしても、質量が偏心したままの状態になるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態による制振工具の一部破断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第４実施形態による制振工具の一部破断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
【図６】本発明の第６実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
【図７】本発明の第７実施形態による制振工具の一部破断側面図である。
【図８】（ａ）は従来の制振工具の一部破断側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０制振工具
１１，５１工具本体
１１Ｃ軸部
１４，５４ヘッド部
１５中空部
１６中空部の内壁面
１６Ａ中空部の先端側の内壁面
１６Ｂ中空部の基端側の内壁面
１７おもり部材
１７Ａおもり部材の一端
１７Ｂおもり部材の他端
１７Ｃ穴部
１８粘弾性体
４１高密度材料
Ｏ軸線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration damping tool capable of suppressing vibrations generated during cutting of a work material.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a tool body such as a steel arbor is attached to a head part to which a throw-away tip is attached, and a work material is cut by giving a feed while rotating the tool body around an axis, a boring bar, etc. Attach a throw-away tip to the tip of the tool body and cut the workpiece that is rotated around the axis. At this time, if the workpiece is cantilevered by the gripping part of the machine tool and the workpiece is cut with the cutting edge of the throw-away tip, the length derived from the gripping part to the cutting edge is derived. The vibration of the tool and the vibration applied to the tool due to cutting resistance or the like resonate to generate chatter vibration. This chatter vibration becomes worse as the ratio L / D of the protruding length L to the diameter D of the tool body increases, and the surface roughness of the work surface of the work material deteriorates, or in the case of severe, the tool itself. L / D is about 3 to 4 and the limit value is reached, which is particularly problematic when L / D is to be increased, such as deep drilling of a mold or boring with a boring bar. It was.
[0003]
In order to solve such a problem, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-19839, the tool body is made of a material having a high Young's modulus, or Japanese Patent Laid-Open No. 9-94706. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-230, there is a tool body in which a cemented carbide member is brazed and fixed along the axial direction of the outer periphery of the tool body.
Tools such as these are aimed at increasing the natural frequency of the tool body to make it less likely to resonate by increasing the rigidity of the tool body. However, as L / D increases, chatter vibrations are generated. Will become a fundamental solution.
[0004]
As another solution, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-1106, a hollow portion is provided inside the tool body, and a weight member is formed by two elastic members having a ring shape in the hollow portion. Is stored while being elastically supported, and a viscous fluid such as silicone oil is enclosed so as to fill a gap formed between the inner wall surface of the hollow portion and the weight member.
FIG. 8 shows an example in which such a configuration is used for a turning tool. The chatter vibration generated in the tool body 100 excites the vibration of the weight member 102 elastically supported by the elastic members 101, 101, and then the vibration of the weight member 102 is a viscous fluid filled around the weight member 102. The chatter vibration of the tool body 100 is suppressed by being transmitted to 103 and attenuated. That is, the tool main body 100 includes a dynamic vibration absorber composed of a weight member 102 constituting a mass element, elastic members 101 and 101 constituting spring elements, and a viscous fluid 103 constituting a damping element. Thus, the vibration of the tool body 100 is attenuated and absorbed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the viscous fluid 103 used as a damping element of the dynamic vibration absorber is susceptible to heat and has the disadvantage that its viscosity changes, and heat generated during cutting is transmitted to the viscous fluid 103 and this viscous fluid. When the temperature of 103 itself rises, the viscosity is lowered, the damping effect is lowered, and chatter vibration may not be suppressed.
In addition, a sealing structure for sealing such a viscous fluid inside the tool body so as not to spill out is required, and the configuration of the tool body 100 must be complicated.
Furthermore, since the weight member 102 is supported by the elastic members 101, 101, when the tool main body 100 including such a dynamic vibration absorber is used as a turning tool, the weight is accompanied with the rotation of the tool main body 100. Since the member 102 is decentered, there is a problem that it is not suitable for use as a turning tool, for example, it is necessary to reduce the rotation speed.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and can suppress chatter vibration with a simple configuration without being affected by heat during cutting, and the ratio of the protrusion length L to the diameter D of the tool body. An object of the present invention is to provide a vibration damping tool capable of taking a larger L / D.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve such an object, the present invention provides a hollow portion formed inside a tool body provided with a processing means for processing a work material at a tip portion, and the hollow portion One end of the weight member is connected to the inner wall surface of the first member, and a gap is provided between the other portion of the weight member excluding the connecting portion and the inner wall surface of the hollow portion. Of these, between the outer peripheral surface excluding one end of the weight member and the inner peripheral surface of the hollow portion A viscoelastic body is filled, and a dynamic vibration absorber is constituted by the weight member and the viscoelastic body so as to attenuate and absorb the vibration of the tool body.
With this configuration, when chatter vibration is generated in the tool body during cutting of the work material, the weight member forming the mass element and the spring element of the dynamic vibration absorber is connected to the inner wall surface of the hollow portion. Is used as a fixed end to vibrate in an approximately opposite phase to the vibration of the tool body. The vibration of the weight member is transmitted to the viscoelastic body that forms the damping element filled in the gap between the weight member and the inner wall surface of the hollow portion, and is finally attenuated. The vibration energy of the weight member is gradually converted into thermal energy. The chatter vibration is suppressed by being dissipated.
Here, by using a viscoelastic body as a damping element in a dynamic vibration absorber, it is possible to obtain a high damping effect in a smaller amount than a viscous fluid, and there is no risk of being affected by the heat generated during cutting. The damping performance at the stage can be stably maintained, and a sealing structure for sealing the viscoelastic body is not required, and a dynamic vibration absorber having a simple configuration can be obtained.
Further, since one end of the weight member is connected to the inner wall surface of the hollow portion and is integrated with the tool body, the mass may remain in an eccentric state even when the present invention is applied to a rolling tool. There is no.
[0008]
At this time, one end of the weight member is connected to the inner wall surface on the distal end side or the proximal end side of the hollow portion.
Since chatter vibration is mainly vibration in a direction orthogonal to the axis of the tool body, the weight member is connected to the inner wall surface on the distal end side or the proximal end side of the hollow portion, so that the vibration member moves in the direction orthogonal to the axis line. It becomes easy to vibrate, and the damping effect can be increased.
[0009]
Furthermore, at this time, the other end opposite to the one end connected to the inner wall surface of the weight member is also connected to the inner wall surface.
With such a configuration, the weight member is fixed to the tool main body at both ends, and vibration is performed such that the central portion becomes a vibration antinode with both ends as fixed ends. This vibration mode is a higher-order vibration mode than the vibration in which one fixed end is a vibration node and the free end is a vibration antinode, and resonates with a high-frequency chatter vibration to generate a higher-order chatter vibration. Effectively suppress.
[0010]
Further, one end of the weight member is connected to the inner wall surface on the distal end side of the hollow portion, and the other end opposite to the one end connected to the inner wall surface of the weight member is connected to the inside of the weight member. A hole is formed so as to be cut out.
With such a configuration, since the hole is formed in the other end opposite to the one end of the weight member connected to the inner wall surface on the tip side of the hollow portion so that the inside is hollowed out, Since the center of gravity of the member is closer to the distal end side of the tool body, that is, the distal end side of the tool body having larger chatter vibration amplitude, the effect of suppressing chatter vibration can be enhanced.
On the other hand, by forming a hole in the weight member, the surface area of the outer peripheral surface thereof becomes larger compared to a weight member having the same mass in which the hole is not formed, and the gap filling the viscoelastic body. Can be secured sufficiently, so that when the damping effect is insufficient, this can be dealt with by filling more viscoelastic bodies.
[0011]
At this time, the tool main body has a shaft portion that reaches the inside of the hole portion, and the viscoelastic body is filled in at least a part of a gap provided between the shaft portion and the hole portion. It is characterized by.
The amplitude of the weight member that vibrates in resonance with the chatter vibration increases as it moves away from the connected one end. Thus, the viscous member that forms a damping element in the hole formed at the other end of the weight member having a large amplitude is used. When the elastic body is filled, vibration energy of chatter vibration that can be converted into heat increases, so that a high damping effect can be obtained even with a small amount of viscoelastic body.
[0012]
Moreover, the said hollow part is formed so that it may extend in the axial direction of the said tool main body from the said front-end | tip part.
With such a configuration, the tip of the tool where the amplitude of chatter vibration increases is equipped with a dynamic vibration absorber made of a weight member and a viscoelastic body, and the damping force is effective at the tip of the tool body. Thus, chatter vibration can be effectively suppressed.
[0013]
Moreover, one end of the weight member forms a small-diameter shaft portion.
With such a configuration, a small-diameter shaft portion that is one end of the weight member is deflected, so that the vibration of the weight member is easily excited, and the natural frequency setting in the dynamic vibration absorber is easy and wide. The present invention can be applied to a tool body that can be performed in a range and has various natural frequencies.
[0014]
In addition, the tool main body is detachably separable on the base end side with respect to the hollow portion.
With such a configuration, it is possible to use as a tool with a short protruding length by removing the distal end side portion of the tool body incorporating the dynamic vibration absorber and attaching the processing means directly to the proximal end side portion of the tool body. it can.
[0015]
The weight member is made of a high-density material.
With such a configuration, it is possible to reduce the size of the weight member while securing the mass of the weight member, and accordingly, the size of the hollow portion to be formed in the tool body can be reduced. The rigidity of the tool body can be kept high.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Fig.1 (a) is a partially broken side view of the damping tool by 1st Embodiment of this invention, (b) is the sectional view on the AA line in (a).
[0017]
As shown in FIG. 1, the damping tool 10 according to the first embodiment is made of, for example, steel, and has a substantially cylindrical shape whose base end is cantilevered by a gripping part of a machine tool and rotated around an axis O. Is a rolling tool mainly composed of a tool main body 11 and a head portion 14 (machining means) having a plurality of throw-away chips 13 attached to the outer periphery of the tip end of the head main body 12.
As shown in FIG. 1, the head portion 14 is connected to a distal end portion of the tool main body 11 by a connecting screw (not shown) so that the cutting edge of the throw-away tip 13. Attached to the axis O so as to be detachable.
[0018]
A substantially cylindrical hollow portion 15 is formed inside the tip end portion of the tool body 11 where the head portion 14 is provided so as to extend from the tip portion along the direction of the axis O of the tool body 11. In the hollow portion 15, a substantially columnar weight member 17 made of the same steel as the tool body 11 and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the hollow portion 15 is interposed between the inner wall surface 16 of the hollow portion 15 and a gap. The one end 17A in the axial direction of the weight member 17 is connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the inner wall surface 16 of the hollow portion 15, and the weight member 17 is integrated with the tool body 11. ing. The weight member 17 is connected so that its axis is coaxial with the axis O of the tool body 11.
[0019]
The viscoelastic body 18 is formed in at least a part of the gap formed between the other portion excluding the connecting portion of the one end 17 A connected to the inner wall surface 16 A of the weight member 17 and the inner wall surface 16 of the hollow portion 15. In this embodiment, all the gaps formed between the weight member 17 and the inner wall surface 16 are filled with the viscoelastic body 18.
[0020]
The physical properties of the viscoelastic body 18 are as follows: Young's modulus (using a standard hardness product of 50 mm / min) is 1000 [kPa] or less, and the penetration (hardness) defined in JIS K 2207 is 20 to 300 [1 / 10 mm], the tensile strength specified in JIS K 6251 is 1 to 4000 [kPa], and the elongation specified in JIS K 6251 is in the range of 50 to 800 [%], more preferably, Young's modulus. Are suitable, in which the penetration is 100 to 180 [1/10 mm], the tensile strength is 1 to 100 [kPa], and the elongation is 200 to 400 [%]. In this embodiment, a viscoelastic body 18 having a Young's modulus of 13 [kPa], a penetration of 150 [1/10 mm], a tensile strength of 30 [kPa], and an elongation of 340 [%] is used. ing.
[0021]
Here, the hollow portion 15 has a hole 19 that is coaxial with the axis O from the distal end to the proximal end side of the tool body 11, and a substrate 19 to which a weight member 17 around which a viscoelastic body 18 is wound is attached. For example, the hole is closed by screwing or brazing. Therefore, the tool body 11 can be handled as a single unit in a state in which the weight member 17 and the viscoelastic body 18 are incorporated.
At this time, the thickness of the viscoelastic body 18 wound around the weight member 17 of the substrate 19 is such that when the weight member 17 and the viscoelastic body 18 are accommodated in the hollow portion 15, the outer peripheral surface of the weight member 17 and the hollow portion 15. This is slightly larger than the thickness of the gap formed between the inner wall 16 and the inner wall 16. That is, when the weight member 17 and the viscoelastic body 18 are accommodated in the hollow portion 15, the viscoelastic body 18 is slightly compressed.
[0022]
Furthermore, the tool main body 11 is located on the proximal end side with respect to the hollow portion 15, and is divided into a distal end side portion 11 A and a proximal end side portion 11 B including the hollow portion 15 with a dividing plane P orthogonal to the axis O as a boundary. It is formed so as to be detachable and detachable. The split surface P of the distal end portion 11A is formed with a key portion PA having a square cross section in a direction perpendicular to the axis O, and the split surface P of the proximal end portion 11B is also in the direction perpendicular to the axis O. A key groove PB into which the key portion PA can be fitted is formed, and the distal end side portion 11A is formed by fitting the key portion PA into the key groove PB and, for example, by using a mounting bolt. Is firmly integrated.
[0023]
The vibration damping tool 10 according to the first embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
The tool main body 11 with the head portion 14 mounted on the distal end portion is cantilevered by the grip portion of the machine tool at its proximal end. Here, since the weight member 17 is fixed to the tool main body 11 so as to be coaxial and integrated, the weight member 17 does not remain in an eccentric state even when the tool main body 11 is rotated. During 10 rotations, a stable rotational state is maintained.
[0024]
In this way, when the cutting edge of the throw-away tip 13 is fed toward the tip side in the direction of the axis O toward the work material and starts cutting, the direction perpendicular to the direction of the axis O of the tool body 11 is caused by the cutting resistance. Chatter vibration occurs. At this time, the weight member 17 connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 resonates, and the vibration of the tool body 11 is substantially parallel to the direction orthogonal to the axis O with the connected one end 17A as a fixed end. Start anti-phase oscillation.
[0025]
Then, the vibration of the weight member 17 is transmitted to the viscoelastic body 18 filled between the weight member 17 and the inner wall surface 16 of the hollow portion 15 to be attenuated, and finally the energy of this chatter vibration is gradually increased. By converting to thermal energy and dissipating, chatter vibration of the tool body 11 is suppressed.
In other words, in the first embodiment, the vibration damping tool 10 includes a weight member 17 that forms a mass element and a spring element and a viscoelastic body 18 that forms a damping element inside the tool body 11. The vibration absorber is used to attenuate and absorb chatter vibration.
[0026]
Here, in designing the dynamic vibration absorber as described above, adjustment is made so as to satisfy the following expression.
For the natural frequency ω of the dynamic vibration absorber (the natural frequency of the weight member)
ω / Ω = 1 / (1 + μ)
Ω: Natural frequency of the tool body
μ: Equivalent mass ratio (= m / M)
M: Equivalent mass of tool body
m: Equivalent mass of dynamic vibration absorber (equivalent mass of weight member)
Is set to meet
Moreover, about the damping coefficient C of a dynamic vibration absorber,
C = Cc × (3 μ / (8 (1 + μ) ^Three )) ^1/2 (Cc = 2 (mk) ^1/2 )
k: Spring constant of dynamic vibration absorber (spring constant of weight member)
It is set to satisfy.
The adjustment of the natural frequency ω and the damping coefficient C in the dynamic vibration absorber can be adjusted by changing the size and shape of the weight member 17 or changing the amount of the viscoelastic body 18 so as to satisfy the above formula. According to the designed dynamic vibration absorber, it can have a function of effectively suppressing vibration against all external forces.
Even if the thickness of the viscoelastic body 18 is increased in order to increase the damping coefficient C of the viscoelastic body 18 to increase the damping effect, the viscoelastic body 18 will be saturated to some extent. When the damping coefficient C is increased to increase the damping effect, the area of the viscoelastic body 18 in contact with the weight member 17 may be increased.
[0027]
According to the vibration damping tool 10 of the first embodiment, the weight member 17 vibrates in an approximately opposite phase to the chatter vibration of the tool body 11, and the viscoelastic body 18 attenuates and absorbs the vibration. Vibration can be suppressed. Therefore, even if the ratio L / D of the protrusion length L to the diameter D of the tool body 11 is increased, the surface roughness of the processed surface is not deteriorated and the tool body 11 is not damaged. There is no problem even in deep drilling of a mold in which / D is set larger.
[0028]
In addition, the chatter vibration has a larger amplitude as it goes toward the tip end of the tool body 11 and is mainly vibration in a direction orthogonal to the axis O of the tool body 11. A hollow portion 15 is formed inside the distal end portion of the main body 11 to incorporate a dynamic vibration absorber, and one end 17A of the weight member 17 is connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 coaxially with the axis O. Since the weight member 17 is likely to vibrate in the direction orthogonal to the axis O, the chatter vibration can be effectively suppressed in the vicinity (tip portion) of the head portion 14 where the amplitude of the chatter vibration is large.
[0029]
Since the viscoelastic body 18 is used as a damping element in the dynamic vibration absorber, a high damping effect can be obtained with a smaller amount than a viscous fluid, and there is no risk of being affected by heat generated during cutting. Thus, the damping performance of the dynamic vibration absorber at the design stage can be stably maintained. Further, unlike the case where a viscous fluid is used, the anti-oxidation measures and the sealing structure for preventing spillage are not required, and the vibration damping tool 10 having a simple configuration can be obtained.
[0030]
In addition, since one end 17A of the weight member 17 is connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 coaxially with the tool body 11, the weight member 17 and the tool body 11 have an integral structure, so that the rolling tool Even if the damping tool 10 according to the first embodiment is rotated about the axis O, the weight member 17 is not kept in an eccentric state by the centrifugal force, and a stable rotation state can be maintained. it can.
[0031]
Further, in the first embodiment, the tool body 11 can be divided into a distal end side portion 11A having a hollow portion 15 and a proximal end side portion 11B on the dividing plane P, and these can be freely attached and detached. Therefore, when it is not necessary to increase the L / D, after removing the distal end portion 11A having the hollow portion 15, that is, the distal end portion 11A including the dynamic vibration absorber, the proximal end portion This can be dealt with by directly attaching the head portion 14 to 11B. This makes it possible to change the protruding length without removing the base end of the tool body 11 from the grip portion of the machine tool.
In such a case, since L / D does not increase, chatter vibration does not occur, and there is no problem even if a dynamic vibration absorber is not provided.
[0032]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 2 is a partially broken side view of the vibration damping tool according to the second embodiment.
In the vibration damping tool 20 according to the second embodiment, as shown in FIG. 2, one end 17 A of the weight member 17 has a small diameter shaft portion that is coaxial with the axis O of the tool body 11, and this small diameter shaft portion. The weight member 17 is connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 by one end 17A exhibiting the above. In this vibration damping tool 20, the viscoelastic body 18 is filled between the cylindrical outer peripheral surface excluding the one end 17 A of the weight member 17 and the inner wall surface 16 of the hollow portion 15. Depending on the design, the amount filled may be reduced, or other gaps may be filled.
[0033]
According to such a damping tool 20, the small-diameter shaft portion that is one end 17 A of the weight member 17 is likely to bend, and the vibration of the weight member 17 is easily excited. In addition, since the natural frequency ω of the dynamic vibration absorber, that is, the equivalent mass m and the spring constant k can be easily set in a wide range, the tool body 11 having various natural frequencies Ω can be used. Thus, the effect of suppressing chatter vibration can be secured.
[0034]
Next, the vibration damping tool according to the third embodiment of the present invention will be described, but the same reference numerals are used for the same parts as those in the first and second embodiments described above, and the description thereof will be omitted. FIG. 3 is a partially broken side view of the vibration damping tool according to the third embodiment.
As shown in FIG. 3, the damping tool 30 according to the third embodiment has one end 17 A of the weight member 17 exhibiting a small-diameter shaft portion and is connected and fixed to the inner wall surface 16 A on the distal end side of the hollow portion 15. The other end 17B opposite to the one end 17A also has a small-diameter shaft portion and is connected and fixed to the inner wall surface 16B on the proximal end side of the hollow portion 15. Here, when the weight member 17 and the viscoelastic body 18 are inserted into the hollow portion 15 together with the substrate 19, the other end 17B of the weight member 17 is fitted into a support hole 16C provided in the inner wall surface 16B on the proximal end side. It is designed to be inserted.
[0035]
According to such a damping tool 30, both ends 17A and 17B of the weight member 17 are formed by small-diameter shaft portions, and are integrally connected and fixed to the tool body 11 at both ends 17A and 17B. When chatter vibration is generated in the tool body 11, the vibration of the weight member 17 is excited so that the both ends 17A and 17B are fixed ends and the central portion becomes an antinode of vibration.
Here, the weight member 17 is likely to bend at both ends 17A and 17B, and vibration is easily excited.
Further, the vibration mode excited by the weight member 17 is a higher-order vibration mode than the vibration in which one fixed end becomes a vibration node and the free end becomes a vibration antinode, and resonates with chatter vibration having a high frequency. Thus, higher-order chatter vibration can be effectively suppressed.
[0036]
Next, the vibration damping tool according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The same reference numerals are used for the same parts as those in the first to third embodiments described above, and the description thereof will be omitted. FIG. 4A is a partially broken side view of the vibration damping tool according to the fourth embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
As shown in FIG. 4, the vibration damping tool 40 according to the fourth embodiment has substantially the same configuration as the vibration damping tool 20 according to the second embodiment, and the difference is in the weight member 17. A hollow hole 17C having a substantially cylindrical shape is formed in the other end 17B opposite to the one end 17A connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 so that the inside of the other end 17B is hollowed out. That is, it is formed coaxially with the axis O of the tool body 11. In this damping tool 40, the viscoelastic body 18 is filled between the cylindrical outer peripheral surface excluding the one end 17A of the weight member 17 and the inner wall surface 16 of the hollow portion 15. Depending on the design, the amount filled may be reduced, or other gaps may be filled.
[0037]
According to the damping tool 40 of the fourth embodiment, the inside of the weight member 17 connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 is hollowed out to the other end 17B opposite to the one end 17A. Since the hole portion 17C is formed as described above, the center of gravity of the weight member 17 approaches the distal end side of the tool main body 11, that is, the distal end side of the tool main body 11 having a large amplitude of chatter vibration. The suppression effect can be enhanced.
[0038]
Further, as described above, in order to increase the damping coefficient C of the viscoelastic body 18 and increase the damping effect, the thickness of the viscoelastic body 18 is not increased, but the viscoelasticity in contact with the weight member 17 is increased. Since it is more effective to increase the amount of the body 18, when the hole portion 17C is formed in the weight member 17 as in the fourth embodiment, a large surface area of the cylindrical outer peripheral surface of the weight member 17 can be secured. Thus, when the damping effect of the dynamic vibration absorber is insufficient, it can be dealt with by increasing the area of the weight member 17 in contact with the cylindrical outer peripheral surface by filling the viscoelastic body 18 more.
[0039]
Next, the vibration damping tool according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the above-described fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 5 is a partially broken side view of the vibration damping tool according to the fifth embodiment.
As shown in FIG. 5, in the vibration damping tool 50 according to the fifth embodiment, the tool body 11 protrudes from the inner wall surface 16 B on the proximal end side of the hollow portion 15 coaxially with the axis O, and the weight member 17. The shaft portion 11C is provided so as to reach the inside of the hole portion 17C formed in the other end 17B. The viscoelastic body 18 is provided at least in a part of the gap provided between the shaft portion 11C and the hole portion 17C. In this embodiment, the outer peripheral surface of the shaft portion 11C The viscoelastic body 18 is filled in a gap provided between the inner peripheral surface of the hole 17C.
[0040]
In such a damping tool 50, the viscoelastic body 18 constituting the damping element is only slightly present in the hole portion 17 C of the weight member 17. However, the amplitude of the weight member 17 that vibrates in resonance with chatter vibration increases as the distance from the one end 17A connected to the tool body 11 increases, so a hole formed in the other end 17B of the weight member 17 having a large amplitude. Since the viscoelastic body 18 existing in 17C has a large compression ratio, and therefore, the energy of chatter vibration that is converted into heat increases, a small amount of the viscoelastic body 18 as in the fifth embodiment. However, a sufficient vibration control effect can be obtained.
[0041]
Next, a vibration damping tool according to a sixth embodiment of the present invention will be described. The same reference numerals are used for the same parts as those in the first to fifth embodiments described above, and the description thereof will be omitted. FIG. 6 is a partially broken side view of the vibration damping tool according to the sixth embodiment.
The damping tool 60 according to the sixth embodiment has substantially the same configuration as the damping tool 20 according to the second embodiment as shown in FIG. 6, and the difference is that the weight member 17 is Density is 7.9 g / cm ^Three The above high density material 41, for example, the density is 18 g / cm ^Three It is characterized by being made of heavy metal of a degree.
More specifically, the weight member 17 has a configuration in which a high-density material 41 made of heavy metal is wound around a small-diameter shaft portion 42 made of steel, and the small-diameter shaft portion 42 has a high density. The portion around which the material 41 is not wound becomes one end 17 A connected to the inner wall surface 16 A on the distal end side of the hollow portion 15.
[0042]
According to such a damping tool 60, the same mass as when the weight member 17 is entirely made of steel can be realized with a smaller volume, so that the hollow portion 15 to be formed in the tool body 11 can be formed. The volume can be reduced, and thereby the rigidity of the tool body 11 can be kept high, and chatter vibration can be made less likely to occur.
In the sixth embodiment, the weight member 17 in the vibration damping tool 20 according to the second embodiment is made of a high-density material, but for example, the first, third, fourth, and fifth embodiments. The weight member 17 in FIG.
[0043]
As described above, in the first to sixth embodiments, the case where the present invention is used for a turning tool has been described. However, as the seventh embodiment of the present invention, a case where the present invention is applied to a turning tool will be described. In addition, the same code | symbol is used for the part similar to the above-mentioned 1st thru | or 6th embodiment, and the description is abbreviate | omitted. FIG. 7 is a partially broken side view of the vibration damping tool according to the seventh embodiment.
[0044]
As shown in FIG. 7, a vibration damping tool 70 according to the seventh embodiment is made of, for example, steel, and has a substantially cylindrical tool body 51 whose base end is cantilevered by a gripping part of a machine tool, and a head body. This is a turning tool mainly composed of a head portion 54 (machining means) having a throw-away tip 53 attached to a tip corner portion of 52.
As shown in FIG. 7, the head portion 54 is connected to an axis O and a tip O of the tool body 51 by a connecting screw (not shown) so that the cutting edge of the throw-away tip 53 protrudes toward the tip of the vibration damping tool 70. It is attached coaxially and detachably.
And the inside of the front-end | tip part of the tool main body 51 in which this head part 54 is provided contains the dynamic vibration damper which consists of the weight member 17 and the viscoelastic body 18 which comprise the structure similar to the said 2nd Embodiment. It is.
[0045]
The vibration damping tool 70 according to the seventh embodiment has the above-described configuration. When cutting is performed with the cutting edge of the throw-away tip 53 attached to the head portion 54 on the rotating work material, the cutting resistance As a result, chatter vibration is generated in a direction perpendicular to the direction of the axis O of the tool body 51. At this time, the weight member 17 connected and fixed to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 resonates, and the vibration of the tool body 51 is caused in a direction perpendicular to the axis O with the connected one end 17A as a fixed end. Starts vibration with approximately opposite phase.
Then, the vibration of the weight member 17 is transmitted to the viscoelastic body 18 to be attenuated. Finally, the chatter vibration of the tool main body 51 is dissipated by gradually converting the energy of the chatter vibration into thermal energy. It is suppressed.
[0046]
By the way, as in the first to sixth embodiments, when the present invention is applied to a rolling tool, the protruding length from the gripping portion of the machine tool to the cutting blade is always used with the same length. As in the seventh embodiment, when the present invention is applied to a turning tool, the protruding length from the gripping portion of the machine tool to the cutting edge may be changed in the state of attachment to the machine tool. As a result, the natural frequency of the tool body 51 changes and the damping performance of the dynamic vibration absorber assumed in the design stage may not be exhibited. Therefore, in the seventh embodiment, for example, as shown by the wavy line in FIG. A stop member 55 that defines the protruding length is attached to the tool body 51 in advance. When such a stop member 55 is used, the protruding length of the vibration damping tool 70 that is a turning tool is not changed, and thus the natural frequency of the tool body 51 is not changed. Thus, it is possible to obtain the vibration damping tool 70 including the dynamic vibration absorber having the performance as designed.
[0047]
Here, also in the vibration damping tool 70 of the seventh embodiment, which is a turning tool, the weight member 17 having a substantially cylindrical shape is used, as in the first, third, fourth, fifth, and sixth embodiments. Both ends of the member 17 are fixed, or the inside of the other end 17B opposite to the one end 17A connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15 in the weight member 17 is cut out to form a hole portion 17C. The shaft 11C is formed in the tool body 11, and the viscoelastic body 18 is filled in the gap between the shaft 11C and the hole 17C of the weight member 17, or the weight member 17 is made of the high-density material 41. Of course, the tool main body 11 may be detachably split at a position closer to the base end than the hollow portion 15.
[0048]
In each of the above embodiments, the one end 17A of the weight member 17 is connected to the inner wall surface 16A on the distal end side of the hollow portion 15. However, the present invention is not limited thereto, and one end of the weight member 17 is not limited thereto. You may connect 17A to the inner wall face 16B of the base end side of the hollow part 15. FIG.
Further, the cutting edge in the processing means is not limited to the throw-away type, but may be a solid type or a brazing tip. Of course, the configuration in which the head portion is not detachably provided on the tool main body but the cutting blade is provided on the tool main body may be used.
[0049]
Further, in each of the above embodiments, the dynamic vibration absorber is built in the tool main body, but the dynamic vibration absorber is attached to the head portion and fixed to the tool main body by screwing, brazing, or the like. Good. Or it is good also as a structure which replaces | exchanges the cassette type damping part in which the dynamic vibration absorber was accommodated in a tool main body so that replacement | exchange is possible.
In addition, in each of the above embodiments, a turning tool and a turning tool are shown as examples. However, a configuration that suppresses vibration by incorporating a dynamic vibration absorber is a periodic excitation force when machining a workpiece. Can be applied to all tools that generate vibration due to For example, it goes without saying that it is also useful for a polishing tool provided with a rotating polishing body.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, when chatter vibration is generated in the tool body during the cutting of the work material, the weight member forming the mass element and the spring element of the dynamic vibration absorber vibrates in substantially opposite phase to the vibration of the tool body. The vibration of the weight member is transmitted to the viscoelastic body constituting the damping element to be attenuated, and finally the vibration energy of the weight member is gradually converted into heat energy and dissipated to suppress chatter vibration. Therefore, no trouble is caused even in the cutting process in which L / D is increased.
In addition, by using a viscoelastic body as a damping element in a dynamic vibration absorber, a higher damping effect can be obtained with a smaller amount than a viscous fluid, and there is no risk of being affected by the heat generated during cutting. The damping performance at the stage can be stably maintained, and a sealing structure for sealing the viscoelastic body is not required, and a dynamic vibration absorber having a simple configuration can be obtained.
Furthermore, since one end of the weight member is connected to the inner wall surface of the hollow portion, there is no possibility that the mass remains eccentric even when applied to a rolling tool.
[Brief description of the drawings]
1A is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 2 is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a third embodiment of the present invention.
4A is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken along line BB in FIG. 4A.
FIG. 5 is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partially cutaway side view of a vibration damping tool according to a seventh embodiment of the present invention.
8A is a partially broken side view of a conventional vibration damping tool, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 8A.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 Damping tool
11,51 Tool body
11C Shaft
14,54 head
15 Hollow part
16 Inner wall surface of hollow part
16A Inner wall surface on the tip side of the hollow part
16B Inner wall surface on the base end side of the hollow portion
17 Weight member
17A One end of weight member
17B The other end of the weight member
17C hole
18 Viscoelastic body
41 High density material
O axis

Claims

A hollow part is formed in the inside of the tool body provided with processing means for processing the work material at the tip part,
One end of the weight member is connected to the inner wall surface of the hollow portion, a gap is provided between the other portions and the inner wall surface of the hollow portion except the connection portion of the weight member, and, among the gap A viscoelastic body is filled between the outer peripheral surface excluding one end of the weight member and the inner peripheral surface of the hollow part ,
A vibration damping tool is constituted by the weight member and the viscoelastic body so as to attenuate and absorb the vibration of the tool body.

The damping tool according to claim 1,
One end of the weight member is connected to an inner wall surface on a distal end side or a proximal end side of the hollow portion.

In the damping tool according to claim 1 or 2,
The damping tool according to claim 1, wherein the other end opposite to the one end connected to the inner wall surface of the weight member is also connected to the inner wall surface.

The damping tool according to claim 1,
One end of the weight member is connected to the inner wall surface on the distal end side of the hollow portion,
In addition, a vibration damping tool is characterized in that a hole is formed in the other end opposite to the one end connected to the inner wall surface of the weight member so as to cut out the inside of the weight member.

The damping tool according to claim 4,
The tool body has a shaft that reaches into the hole,
The damping tool, wherein the viscoelastic body is filled in at least a part of a gap provided between the shaft portion and the hole portion.

In the vibration-damping tool according to any one of claims 1 to 5,
The said hollow part is formed so that it may extend in the axial direction of the said tool main body from the said front-end | tip part, The damping tool characterized by the above-mentioned.

The damping tool according to any one of claims 1 to 6,
One end of the weight member forms a small-diameter shaft, and the vibration damping tool is characterized in that:

The vibration damping tool according to any one of claims 1 to 7,
The damping tool according to claim 1, wherein the tool body is detachably separable on the base end side with respect to the hollow portion.

In the vibration-damping tool according to any one of claims 1 to 8,
The damping tool, wherein the weight member is made of a high-density material.